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纖維增強樹脂組合物以及纖維增強復合材料的制作方法_4

文檔序號:9916030閱讀:來源:國知局
)與熱塑性樹脂(A')的親和性而言是充分的量, 并且對熱塑性樹脂(A')的配合是適量的,是對成本方面的影響也輕微的量,可W有效率地 提高纖維增強復合材料的力學特性,因此優選。在粘接性化合物(B')的含量小于0.1質量份 時,粘接性化合物(B')的量不充分,有時所得的纖維增強復合材料的抗拉強度等力學特性 的提高效果小。此外,如果粘接性化合物(B')的含量超過10質量份,則由于粘接性化合物 (B')過多,因此有時所得的纖維增強復合材料的抗拉強度等力學特性的提高效果小。
[0181] 在本發明的纖維增強復合材料中,增強纖維(C')相對于熱塑性樹脂(A')IOO質量 份,優選含有10~300質量份,進一步優選含有10~200質量份,更優選含有20~100質量份, 進一步優選含有20~50質量份。在增強纖維(C')的含量小于10質量份時,增強纖維(C')的 量不充分,有時所得的纖維增強復合材料的抗拉強度運樣的力學特性的提高效果小。如果 增強纖維(C')的含量超過300質量份,則使增強纖維(C')與包含熱塑性樹脂(A')和粘接性 化合物(B')的基體樹脂進行復合化難易度升高,結果有時獲得的纖維增強復合材料的抗拉 強度等力學特性的提高效果小。
[0182] 在本發明的纖維增強復合材料中,式(Γ)所示的粘接性化合物(B')的存在比Rb' 為1.2W上是必要的,從增強纖維(C')與粘接性化合物(B')的界面粘接的觀點出發,存在比 肺'優選為1.5W上。
[0183] 肺,=R'( < 500nm)/R'(>500nm) · · ·式(1,)
[0184] R' U 500nm):增強纖維(C')周邊500nmW內的粘接性化合物(B')的存在量
[0185] 1?'(>50011111):與增強纖維((:')周邊50011111相比靠外側的粘接性化合物處')的存在 量
[0186] 如果存在比肺'小于1.2,則增強纖維(C')與粘接性化合物(B')的界面粘接變差, 對纖維增強復合材料的力學特性,特別是界面粘接帶來影響的抗拉強度變差。
[0187] 此外,從控制粘接性化合物(B')向增強纖維(C')的表面的凝集程度的觀點出發, 存在比肺'優選為10W下,進一步優選為5W下,更優選為3.5W下。
[0188] 存在比肺'例如可W通過使用能量分散型X射線光譜法化DX)、X射線光電子能譜法 (XPS)、飛行時間型二次離子質譜分析法(T0F-SIMS)等,對于粘接性化合物(B')所包含的特 征性元素(氮原子、氧原子等)、分子、結合狀態,對增強纖維(C')附近測定R'(含500nm)和R' (>500皿),取其比而算出。此外,也可W通過將存在比進行映射(mapping)而獲知各個場所 中的存在量。
[0189] 圖4示意性表示對于本發明的纖維增強復合材料,在與所包含的增強纖維(C')的 單絲的軸屯、方向正交的截面中觀察到的例子。在增強纖維(C')(圖4中的增強纖維單絲12) 的截面的外周粘接性化合物(B')的存在量多的區域(圖4中的增強纖維(C')周邊500nmW內 的區域13)由在包含粘接性化合物(B')和熱塑性樹脂(A')的基體樹脂內,粘接性化合物 (B')的比例多的區域構成。此外,粘接性化合物(B')的存在量少的區域(圖4中的與增強纖 維(C')周邊500皿相比靠外側的區域14)由在包含粘接性化合物(B')和熱塑性樹脂(A')的 基體樹脂內,熱塑性樹脂(A')比例多的區域構成。運里,所謂增強纖維(C')周邊500皿,表示 從增強纖維(C')的切線垂直地引出了直線的長度(圖4中的距離增強纖維(C')的長度15)為 500nm。為了更準確地實施上述能量分散型X射線光譜法化DX)、X射線光電子能譜法(XPS)、 飛行時間型二次離子質譜分析法(T0F-SIMS)等的測定,例如,通過對于纖維增強復合材料, 測定從與增強纖維(C')的單絲的軸屯、方向正交的截面形成傾斜角度而制作的截面,從而可 W大大確保測定部位面積。
[0190] 作為用于獲得本發明的纖維增強復合材料的1例,可W例示使用擠出機進行烙融 混煉的方法。
[0191] 作為擠出機,與用于獲得上述本發明的纖維增強樹脂組合物的具體例中說明的擠 出機同樣的擠出機在同樣的烙融混煉條件下使用。通過使用運樣的構成的雙軸擠出機,從 而雙軸擠出機的料筒內各成分的官能團彼此的反應進行,所得的纖維增強復合材料的抗拉 強度等力學特性提高。
[0192] 作為使用上述擠出機而獲得本發明的纖維增強復合材料的第1方法,可舉出將增 強纖維(C')、粘接性化合物(B')和熱塑性樹脂(A')進行烙融混煉的方法。進一步優選選擇 在將增強纖維(C')、粘接性化合物(B')和熱塑性樹脂(A')進行烙融混煉時,將熱塑性樹脂 (A')與粘接性化合物(B')進行烙融混煉,接著與增強纖維(C')復合化的方法。通過成為運 樣的構成,與將熱塑性樹脂(A')進行烙融混煉,接著使粘接性化合物(B')和增強纖維(C') 復合化的方法相比,易于控制粘接性化合物(B')在熱塑性樹脂(A')中的擴散,進一步,將熱 塑性樹脂(A')與增強纖維(C')進行烙融混煉,接著使粘接性化合物(B')復合化的方法相 比,易于控制粘接性化合物(B')向增強纖維(C')表面的凝集,因此生產性良好地制造控制 了存在比肺'的纖維增強復合材料。
[0193] 在將增強纖維(C')、粘接性化合物(B')和熱塑性樹脂(A')進行烙融混煉時,作為 將熱塑性樹脂(A')和粘接性化合物(B')進行烙融混煉,接著與增強纖維(C')進行復合化的 方法,可W例示將熱塑性樹脂(A')和粘接性化合物(B')向擠出機進行主進料,將增強纖維 (C')進行側進料的方法。
[0194] 進一步優選可W例示盡量迅速地實施增強纖維(C')的投入的方法。通過加快增強 纖維(C')的投入,從而增強纖維(C')與粘接性化合物(B')進行反應或通過相互作用而接 近,粘接性化合物(B')在增強纖維(C')的周邊500nmW下局部存在,從而對于纖維增強復合 材料而言,可W提高增強纖維(C')與粘接性化合物(B')的界面強度,可W提高抗拉強度等 力學特性,因此優選。因此,作為擠出機中進行側進料的位置,可W例示從擠出機進行主進 料的位置直至擠出機的排出口的距離的20~70 %的范圍,更優選為20~50 %的范圍。此外, 通過降低擠出機的料筒溫度,從而也能夠在烙融時使粘接性化合物(B')不易流動,控制纖 維增強復合材料在基體樹脂中的擴散,在增強纖維(C')的周邊使粘接性化合物(B')局部存 在。在該方法中,獲得增強纖維(C')無規地分散了的烙融混煉物,通過將該烙融混煉物制成 顆粒,從而適合用于注射成型等。在通過注射成型來成型的情況下,可W生產性良好地制造 復雜形狀的成型品。此外,在注射成型時通過降低料筒溫度,從而也能夠在烙融時使粘接性 化合物(B')不易流動,控制纖維增強復合材料在基體樹脂中的擴散,在增強纖維(C')的周 邊使粘接性化合物(B')局部存在。
[0195] 作為使用上述擠出機而獲得本發明的纖維增強復合材料的第2方法,可舉出使將 粘接性化合物(B')和熱塑性樹脂(A')預先烙融混煉了的樹脂組合物與使用了增強纖維 (C')的纖維基材進行復合化的方法。在該情況下,即使在將粘接性化合物(B')與熱塑性樹 脂(A')進行預先混合的情況下,在使該樹脂組合物與增強纖維(C')復合化時,粘接性化合 物(B')未與熱塑性樹脂(A')反應,而是單純地混煉了的狀態。因此,增強纖維(C')與粘接性 化合物(B')進行反應或通過相互作用而接近,粘接性化合物(B')在增強纖維(C')的周邊 SOOnmW下局部存在,從而對于纖維增強復合材料而言,可W提高增強纖維(C')與粘接性化 合物(B')的界面強度,提高抗拉強度等力學特性。作為上述纖維基材的形狀,可舉出例如將 連續的增強纖維沿一個方向排列而制成片狀的單向排列基材、織物(布)、無紡織物、墊、編 織物、編帶、絲、短麻屑等。作為上述復合化的形態,可舉出含浸、被覆、疊層等,為了獲得空 隙等少,抗拉強度、伸長率運樣的力學特性優異的纖維增強復合材料,優選為使上述樹脂組 合物含浸于上述纖維基材的形態。運樣的纖維增強復合材料可W通過壓制成型、沖壓成型、 高壓蓋成型、纖維纏繞成型、傳遞成型來成型,如果是細小的基材,則也可W通過注射成型 來成型。其中,從成型品的生產性與力學特性的平衡出發,優選使用壓制成型、沖壓成型和 注射成型。
[0196] <其它添加劑>
[0197] 在本發明的纖維增強樹脂組合物和本發明的纖維增強復合材料中,在不損害本發 明的效果的范圍,可W含有彈性體或橡膠成分等耐沖擊性改進劑、其它填充材、添加劑。作 為添加劑的例子,可舉出阻燃劑、導電性賦予劑、結晶成核劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、阻 尼劑、抗菌劑、防蟲劑、防臭劑、著色防止劑、熱穩定劑、脫模劑、抗靜電劑、增塑劑、潤滑劑、 著色劑、顏料、染料、發泡劑、或制泡劑。
[0198] <使用了纖維增強樹脂組合物的制品、W及使用了纖維增強復合材料的制品>
[0199] 本發明的纖維增強樹脂組合物和本發明的纖維增強復合材料作為電子設備殼體 是適合的,適合用于計算機、電視、照像機、音頻播放器等。
[0200] 本發明的纖維增強樹脂組合物和本發明的纖維增強復合材料適合于電氣電子部 件用途,適合用于連接器、LED燈、插座、光拾取裝置、端子板、印刷基板、揚聲器、小型電動 機、磁頭、電源模塊、發電機、電動機、變壓器、變流器、電壓調整器、整流器、逆變器等。
[0201] 本發明的纖維增強樹脂組合物和本發明的纖維增強復合材料適合于汽車用部件、 車輛相關部件等,適合用于安全帶部件、儀表板、扶手箱、立柱、車頂縱梁、擋泥板、緩沖器、 車口面板、車頂板、發動機罩板件、行李箱蓋、Π 鏡架、阻流板、發動機罩通氣槽、車輪罩、車 輪蓋、裝飾件、進氣歧管、燃料累、發動機冷卻水接頭、窗戶洗涂器噴嘴、刮水器、電池周邊部 件、接線連接器、燈殼、燈光反射器、燈座等。
[0202] 本發明的纖維增強樹脂組合物和本發明的纖維增強復合材料作為建材是適合的, 適合用于±木建筑物的墻壁、屋頂、頂蓬材相關部件、窗材相關部件、絕熱材相關部件、地板 材相關部件、免震阻尼構件相關部件、救生繩相關部件等。
[0203] 本發明的纖維增強樹脂組合物和本發明的纖維增強復合材料作為體育用品是適 合的,適合用于高爾夫球棒的球桿、高爾夫球等高爾夫相關用品、網球拍、羽毛球拍等體育 球拍相關用品、美式橄攬球、棒球、壘球等的面罩、頭盎、護胸、護肘、護膝等體育用身體保護 用品、釣竿、釣絲、誘巧等釣具相關用品、滑雪、滑雪板等冬季運動相關用品等。
[0204]實施例
[0205] W下示出實施例,進一步具體地說明本發明。
[0206] 首先,W下描述本發明所使用的評價方法。
[0207] (1)纖維增強樹脂組合物中所包含的碳纖維(C)的平均纖維長度
[0208] 切出纖維增強樹脂組合物的一部分,在300°C進行加熱加壓,獲得了 30WI1厚的膜。 將所得的膜利用光學顯微鏡放大至150倍進行觀察,觀察膜內分散了的纖維。測定其長度直 至Ιμπι單位,通過下式求出數均纖維長度(Ln)和質均纖維長度(Lw)。
[0209] 數均纖維長度(Ln) = ( XLi)/化otal
[0210] 質均纖維長度(Lw) = Σ (Li XWi/100)
[0211] Li:測定的纖維長度(i = l,2,3, · · ·,n)
[0212] Wi:纖維長度Li的纖維的質量分率(i = l,2,3, · · ·,n)
[0213] Nto化1:測定纖維長度的總根數
[0214] (2)纖維增強樹脂組合物的密度
[0215] 按照JIS K7112的A法(水中置換法)進行測定。從纖維增強樹脂組合物切出約3g試 驗片,浸潰液使用乙醇而進行評價。
[0216] (3)纖維增強樹脂組合物和纖維增強復合材料的拉伸試驗
[0217] 按照ASTM D638,使用Type-I試驗片,作為試驗機,使用Vシスb口シ(注冊商標r 萬能試驗機(^シスb口シ社制)。在本發明中,所謂拉伸伸長率,是指使用應變計而測定得 到的斷裂點應變。
[0218] (4)纖維增強樹脂組合物的卻貝沖擊試驗
[0219] 按照ASTM D256的B法,使用厚度1 /8英寸(3.175mm)的帶有刻痕的試驗片,進行了 卻貝沖擊試驗。
[0220] (5)硫濃度比S/C的測定
[0221] 本發明中的硫濃度比S/C使用能量分散型X射線光譜法化DX),按照W下步驟來求 出。首先,使用聚焦離子束(FIB)裝置,通過FIB微取樣法,由纖維增強樹脂組合物制作出觀 察用試驗片。接下來,通過下述裝置和測定條件檢測規定的范圍的碳原子數和硫原子數,將 所得的硫原子數除W碳纖維原子數,作為該范圍的硫濃度比S/C。
[0222] S1為測定100處的區域(T1)內的任意的300nmX300nm的范圍而得的值的平均值。
[0223] S2為測定100處的區域(T2)內的任意的300nmX300nm的范圍而得的值的平均值。
[0224] 裝置:原子分辨率分析電子顯微鏡(STEM) ;JEM-ARM200F(巧化制)
[0225] 能量分散型X射線分析裝置;J邸-2300 (巧化制)
[0226] 測定條件:加速電壓;200kV
[0227] 射束點尺寸;〇.2ηπιΦ
[0228] (6)使用了纖維增強樹脂組合物的纖維增強復合材料中的碳二亞胺化合物(Β)的 存在比肺
[0229] 使用能量分散型X射線光譜法化DX),對R( < 500皿)和R( >500皿)的各區域評價C (碳原子)/S(硫原子)的比。C/S使用聚焦離子束(FIB)裝置,通過FIB微取樣法,由纖維增強 復合材料制作出觀察用試驗片。接下來,通過下述裝置、條件檢測規定的范圍的碳原子數和 硫原子數,將所得的碳原子數除W硫原子數,作為該范圍的碳濃度比C/S。通過該方法,可W 判斷在測定場所與PAS的(VS相比C(碳原子)多或少,可W獲知PASW外的化合物,即碳二亞 胺化合物(B)多或少,因此可W間接地獲知碳二亞胺化合物(B)在測定場所中的存在量,將 各(VS代入式(1),求出纖維增強復合材料的碳二亞胺化合物(B)的存在比肺。
[0230] R( < 500nm)=C( < 500)/S( < 500):碳纖維(C)周邊500nmW內的碳二亞胺化合物 (B)的存在量
[0231] R(>500nm)=C(>500)/S(>500):與碳纖維(C)周邊500nm相比靠外側的碳二亞 胺化合物(B)的存在量
[0232] 肺=R( < 500nm)/R(>500nm) · · ·式(1)
[0233] 裝置:原子分辨率分析電子顯微鏡(STEM) ;JEM-ARM200F(巧化制)
[0234] 能量分散型X射線分析裝置;J邸-2300(巧化制)
[0235] 測定條件:加速電壓;200kV
[0236] 射束點尺寸;〇.2ηπιΦ
[0237] (7)纖維增強復合材料中所包含的增強纖維(C')的數均纖維長度
[0238] 切出纖維增強復合材料的一部分,在熱塑性樹脂(A')的烙點+3(TC的溫度、軟化溫 度+150°C、玻璃化轉變溫度+150°C的任一條件(如果熱塑性樹脂(A')為聚苯硫酸則為310 °C,如果為聚碳酸醋則為300°C)下進行加熱加壓,獲得了 30μπι厚的膜。將所得的膜利用光學 顯微鏡放大至150倍進行觀察,觀察膜內分散了的增強纖維。測定其長度直至Ιμπι單位,通過 下式求出數均纖維長度(Ln)。
[0239] 數均纖維長度(Ln) = ( XLi)/化otal
[0240] Li:測定的纖維長度(i = l,2,3, · · ·,n)
[0241] Nto化1:測定纖維長度的總根數
[0242] (8)纖維增強復合材料的粘接性化合物(B')的存在比肺'
[0243] 在熱塑性樹脂(A')為聚苯硫酸的情況下,通過在上述的關于存在比Rb的測定方法 的說明中,將碳二亞胺化合物(B)換作粘接性化合物(B'),將碳纖維(C)換作增強纖維(C'), 將R(含50化m)換作R'(含50化m),將R( >50化m)換作R'( >50化m),與存在比Rb的測定方法 同樣地操作,測定存在比肺'。
[0244] 在熱塑性樹脂(A')為聚碳酸醋的情況下,代替S(硫原子)而將0(氧原子)作為對象 進行與上述同樣的評價,測定Rb'。
[0245] 接下來,對本發明的實施例和比較例所使用的材料進行說明。
[0246] 實施例1~10或比較例1~19的任一者所使用的PAS(A)如下。
[0247] (PPS-1)烙點285°C,質均分子量30,000,酸末端品,氯仿提取量0.5質量%的聚苯 硫酸
[024引(PPS-2)烙點285°C,質均分子量45,000,酸末端品,氯仿提取量0.5質量%的聚苯 硫酸
[0249] (PPS-3)烙點285°C,質均分子量55,000,酸末端品,氯仿提取量0.5質量%的聚苯 硫酸
[0250] (PPS-4)烙點285°C,質均分子量45,000,酸末端品,氯仿提取量3.0質量%的聚苯 硫酸
[0251] 實施例1~10和比較例1~19所使用的碳二亞胺化合物(B)如下。
[0巧2] (CDI-1)脂肪族聚碳二亞胺'…力瓜樂注冊商標rHMV-8CA(日清紡少;力 社制Γ (碳二亞胺基當量278,質均分子量3,000)
[0巧3] (CDI-2)芳香族聚碳二亞胺'…乂夕八夕^一瓜(注冊商標rp(ク斗シクミ一社制r (質均分子量4,000)
[0254] (CDI-3)芳香族聚碳二亞胺'…乂夕八夕一瓜(注冊商標ΓP400(ク斗シクミ一社 審ijr (質均分子量20,000)
[02W] 實施例1~10和比較例1~19所使用的碳纖維(C)如下。
[0256] (CF-1)通過使用將聚丙締臘作為主成分的共聚物,進行紡絲、燒成處理和表面氧 化處理,從而獲得了總單絲數12,000根的連續的碳纖維絲束。該碳纖維的特性如W下所示。 [0巧7] 抗拉強度:4,900MPa
[0258] 拉伸彈性模量:240GPa
[0259] 拉伸伸長率:2%
[0260] 比重:1.8
[0%1] 單絲直徑:7皿
[0262] 表面氧濃度比[0/C] :0.12
[0263] (CF-2)通過使用將聚丙締臘作為主成分的共聚物,進行紡絲、燒成處理和表面氧 化處理,從而獲得了總單絲數12,000根的連續的碳纖維絲束。該碳纖維的特性如W下所示。
[0264] 抗拉強度:4,900MPa [02化]拉伸彈性模量:230GPa [0%6] 拉伸伸長率:2%
[0%7]比重:1.8
[0%引單絲直徑:7皿
[0269] 表面氧濃度比[0/C] :0.06
[0270] 比較例7或12的任一者所使用的玻璃纖維如下。
[0271] (GF-1化-Glass制,總單絲數1,600根的連續的玻璃纖維絲束
[0272] 該玻璃纖維的特性如W下所示。
[0273] 抗拉強度:3,400MPa
[0274] 拉伸彈性模量:72G化 [02巧]拉伸伸長率:3%
[0276] 比重:2.6
[0277] 單絲直徑:13μπι
[027引實施例1~10或比較例1~19的任一者所使用的上漿劑(D)如下。
[0279] (SZ-1)甘油Ξ縮水甘油基酸(和光純藥工業社制)
[0280] 質均分子量:260 [0%1]每1分子的環氧基數:3
[0282] 將質均分子量除W每1分子的簇基、氨基、徑基、環氧基、徑基的總數而得的值:87
[0283] (SZ-2)雙酪A二縮水甘油基酸(SIGMA-ALDRICH社制)
[0284] 質均分子量:340
[0285] 每1分子的環氧基數:2
[0286] 將質均分子量除W每1分子的簇基、氨基、徑基、環氧基、徑基的總數而得的值:170
[0287] (SZ-3) (3-縮水甘油基氧基丙基)Ξ乙氧基硅烷(SIGMA-A
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